JPH0459935A - Ti―Al合金の電子ビーム溶解・鋳造方法 - Google Patents
Ti―Al合金の電子ビーム溶解・鋳造方法Info
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- JPH0459935A JPH0459935A JP16981490A JP16981490A JPH0459935A JP H0459935 A JPH0459935 A JP H0459935A JP 16981490 A JP16981490 A JP 16981490A JP 16981490 A JP16981490 A JP 16981490A JP H0459935 A JPH0459935 A JP H0459935A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〈産業上の利用分野〉
本発明はTi−6A1−4V合金のようにTiを主成分
とする合金に八〇を添加して電子ビーム溶解して鋳造す
る方法に関するものである。
とする合金に八〇を添加して電子ビーム溶解して鋳造す
る方法に関するものである。
〈従来の技術〉
最近、電子ビーム溶解法はエネルギー密度が高く、高真
空雰囲気で行うため、精錬効果が大きく、また入熱コン
トロールが容易で介在物のない高融点金属の溶製方法と
して大きな注目を集めている。
空雰囲気で行うため、精錬効果が大きく、また入熱コン
トロールが容易で介在物のない高融点金属の溶製方法と
して大きな注目を集めている。
その反面、低融点高蒸気圧成分を含む合金ではこの成分
が優先的に蒸発するため、成分調整が回能で、電子ビー
ム溶解法はもっばら純金属の溶製に用いられている。
が優先的に蒸発するため、成分調整が回能で、電子ビー
ム溶解法はもっばら純金属の溶製に用いられている。
従来、Tiの電子ビーム溶解における成分調整方法とし
て、微量元素、例えばO,Pe:a度を調整した溶液を
、主Ti原料に塗布したのち溶解する方法(特開平1−
156434号公報、特開平1−156435号公報)
や微量元素を含む原料と主Ti原料とを混合・造粒した
のち溶解する方法(特開平1456436号公報)など
が提案されている。しかし、これらの方法は、微量元素
についてのものであり合金主成分元素の調整ではない。
て、微量元素、例えばO,Pe:a度を調整した溶液を
、主Ti原料に塗布したのち溶解する方法(特開平1−
156434号公報、特開平1−156435号公報)
や微量元素を含む原料と主Ti原料とを混合・造粒した
のち溶解する方法(特開平1456436号公報)など
が提案されている。しかし、これらの方法は、微量元素
についてのものであり合金主成分元素の調整ではない。
合金溶解時の主成分調整については特性X線を用いてオ
ンライン分析を行った例(Chemical Cont
rol In Electron Beam Melt
ing、 A、 Mitchell。
ンライン分析を行った例(Chemical Cont
rol In Electron Beam Melt
ing、 A、 Mitchell。
EB Melting and Refining 5
tate of the Art 1984、 P、8
9)があるが、電子ビームの運動量や温度勾配に伴う溶
湯表面の揺動のため、良い精度を得ることは難しい。
tate of the Art 1984、 P、8
9)があるが、電子ビームの運動量や温度勾配に伴う溶
湯表面の揺動のため、良い精度を得ることは難しい。
いずれにしても例えば、Ti−6Al−4V合金のよう
に、低融点高蒸気圧成分を含有する高融点金属の電子ビ
ーム溶解における正確な成分コントロールには有効な手
段がないのが現状である。
に、低融点高蒸気圧成分を含有する高融点金属の電子ビ
ーム溶解における正確な成分コントロールには有効な手
段がないのが現状である。
〈発明が解決しようとする課題〉
本発明は、高融点元素であるTiと蒸発しやすい元素で
あるAnを含む合金の成分調整を電子ビーム溶解・鋳造
法により容易にしかも精度よく達成できる方法を提供す
ることを目的とするものである。
あるAnを含む合金の成分調整を電子ビーム溶解・鋳造
法により容易にしかも精度よく達成できる方法を提供す
ることを目的とするものである。
〈!!題解決のための手段〉
本発明は、Tiを主成分とする合金にAEを添加し電子
ビームで溶解して鋳造するに際して、Al添加時の溶湯
表面の温度変化によって添加したAPの蒸発量すなわち
添加歩留りを推定して溶湯中のAl濃度を把握し、次に
出湯までの保持時間をtJR節することによって出湯成
分中のAl2濃度を目標値にコントロールすることを特
徴とするTi−A1合金の電子ビーム溶解・鋳造方法で
ある。
ビームで溶解して鋳造するに際して、Al添加時の溶湯
表面の温度変化によって添加したAPの蒸発量すなわち
添加歩留りを推定して溶湯中のAl濃度を把握し、次に
出湯までの保持時間をtJR節することによって出湯成
分中のAl2濃度を目標値にコントロールすることを特
徴とするTi−A1合金の電子ビーム溶解・鋳造方法で
ある。
く作用〉
電子ビーム溶解炉の例を第1図に示す、ここではバッチ
式の鋳造方法を例としているが、本発明はこれに限らず
、ハースるつぼ、クリスタライザを用いてインゴットを
溶製するいわゆるEBCHR法(Ej!ectron
Beam Coj!d Hearth Remej!
ting)においても全く同様に適用し得る。
式の鋳造方法を例としているが、本発明はこれに限らず
、ハースるつぼ、クリスタライザを用いてインゴットを
溶製するいわゆるEBCHR法(Ej!ectron
Beam Coj!d Hearth Remej!
ting)においても全く同様に適用し得る。
第1図において合金原料1を挿入した水冷銅るつぼ2に
電子ビーム3を一定時間照射し、所定の出湯量に見合う
メルトプール4を形成後、添加元素を溶湯に添加し、そ
の後一定時間溶湯を電子ビームによって加熱し、下方に
位置する鋳型5に鋳造する。
電子ビーム3を一定時間照射し、所定の出湯量に見合う
メルトプール4を形成後、添加元素を溶湯に添加し、そ
の後一定時間溶湯を電子ビームによって加熱し、下方に
位置する鋳型5に鋳造する。
例えば、Ti−6Al2−4V合金においては、A1、
Ti、 Vの順で優先的に蒸発するため、合金成分
はAI!、fjA度が減少し、■濃度が増加する。この
場合、合金成分の90%がTiであり、Alの蒸発量が
非常に大きいために、純Aj2を添加してAl濃度を目
標濃度範囲に収めることは簡単ではない。
Ti、 Vの順で優先的に蒸発するため、合金成分
はAI!、fjA度が減少し、■濃度が増加する。この
場合、合金成分の90%がTiであり、Alの蒸発量が
非常に大きいために、純Aj2を添加してAl濃度を目
標濃度範囲に収めることは簡単ではない。
すなわち添加^乏の歩留りはAPの蒸発量に太き(依存
しているが、このAI!、の蒸発は炉内圧力・溶湯温度
分布、添加Alが溶湯中に埋没するまでの時間(Ti−
6Al−4V合金中のAl2の活量は後述のように約0
.01なので、純Alfiの蒸発量は合金中のそれに比
べ約100倍になる)に支配され、なかでも温度分布は
電子ビーム出力、溶解時間ビーム偏向パターン、周波数
、ビームの反射効率。
しているが、このAI!、の蒸発は炉内圧力・溶湯温度
分布、添加Alが溶湯中に埋没するまでの時間(Ti−
6Al−4V合金中のAl2の活量は後述のように約0
.01なので、純Alfiの蒸発量は合金中のそれに比
べ約100倍になる)に支配され、なかでも温度分布は
電子ビーム出力、溶解時間ビーム偏向パターン、周波数
、ビームの反射効率。
メルトブール、残留スカル量に大きく影響される。
これらの積極的かつ正確なコントロールは非常に難しい
。
。
そこで本発明では、これらの不確定な要素はブラックボ
ックスとして、蒸発量の本質的な指標として、すなわち
、アウトプットの1つとして、Al添加時の温度変化を
とり、これからAlの蒸発量すなわち歩留りを推定する
ことにより、製品(鋳造品)の組成の連中率が著しく向
上することを見い出した。
ックスとして、蒸発量の本質的な指標として、すなわち
、アウトプットの1つとして、Al添加時の温度変化を
とり、これからAlの蒸発量すなわち歩留りを推定する
ことにより、製品(鋳造品)の組成の連中率が著しく向
上することを見い出した。
次に推定法をTi−6AI!、−4V合金について説明
する。
する。
Ti−6Al−4■合金溶湯にAlを添加すると第2図
に示すような温度上昇と温度降下が非常に短時間の間に
観察される。
に示すような温度上昇と温度降下が非常に短時間の間に
観察される。
ここで、Ti−6Al−4V合金熔湯をTi−A12元
系の正則溶液と仮定すると、混合のためのエンタルピー
変化ΔH1′Iは(1)式で表される。
系の正則溶液と仮定すると、混合のためのエンタルピー
変化ΔH1′Iは(1)式で表される。
ΔH’=RTαAL N At N fi ’−
’−・・−−−−−・−・−(+)ただしNi:iのモ
ル分率、αat:Aj2の活量(= j! n r A
t/ Nχtt) r AL :活量係数、R:気体定
数(=1.986 caf! /1mo12.K) 、
T :絶対温度。
’−・・−−−−−・−・−(+)ただしNi:iのモ
ル分率、αat:Aj2の活量(= j! n r A
t/ Nχtt) r AL :活量係数、R:気体定
数(=1.986 caf! /1mo12.K) 、
T :絶対温度。
Ti−6Aj!−4V合金溶湯中の1の活量係数TAL
は1より小さいため、ΔH’<0となり、この混合は発
熱反応であり、温度上昇はこのためである。一方、温度
降下はA1の溶融および蒸発潜熱による。
は1より小さいため、ΔH’<0となり、この混合は発
熱反応であり、温度上昇はこのためである。一方、温度
降下はA1の溶融および蒸発潜熱による。
ここでAlを添加した際の各反応に寄与するモル数を次
のようであるとする。
のようであるとする。
融解したモル数:Mf
蒸発したモル数:Mv
混合したモル数二Mm
温度変化に関与したモル数:M
温度変化は上昇・下降が数回に分かれる場合があり、こ
のことを考慮して、昇温度を合計したものをTノ、降温
度を合計したものをT1とすると次式が成り立つと考え
られる。
のことを考慮して、昇温度を合計したものをTノ、降温
度を合計したものをT1とすると次式が成り立つと考え
られる。
2600M f +69500 M v = T z
X6.91M −−−−(2)MmX(−ΔH”)=T
/”X6.91M −−−(3)ただし八!の熔融潜
熱: 2600ca j! / +eo 1 、蒸発潜
熱: 69500ca I!、/ +*o 12、T
i−6Al2−4V合金の比熱二6.91ca I!
/ mo 12・Kのデータを用いた。
X6.91M −−−−(2)MmX(−ΔH”)=T
/”X6.91M −−−(3)ただし八!の熔融潜
熱: 2600ca j! / +eo 1 、蒸発潜
熱: 69500ca I!、/ +*o 12、T
i−6Al2−4V合金の比熱二6.91ca I!
/ mo 12・Kのデータを用いた。
別に行った実験で、Ti−6Al−4V合金溶液中の1
の活量係数がγAL=7.65XIO−”と求められて
いるので(1)式に所定の値を入れて計算すると、Tに
おけるΔH1′lは、 △H’ 〜1.986TX l n (7,65xlO
−”) xo、109810.8902−−0.600
T caj2/mof −−−−−−−(4)とな
る。
の活量係数がγAL=7.65XIO−”と求められて
いるので(1)式に所定の値を入れて計算すると、Tに
おけるΔH1′lは、 △H’ 〜1.986TX l n (7,65xlO
−”) xo、109810.8902−−0.600
T caj2/mof −−−−−−−(4)とな
る。
(2)、 (3)、 (If)を用いて次式で与えられ
る値Pを変換すると、 P= (T//T%)x2600/ 0.6T=Mm
/(Mf+2.67Mv) −・−・−−−−・l
+−・−(5)となる。
る値Pを変換すると、 P= (T//T%)x2600/ 0.6T=Mm
/(Mf+2.67Mv) −・−・−−−−・l
+−・−(5)となる。
ここでPは添加したlのをAI!重量(g)とすると
T//P−(0,6(Al、/27.o)/6.91)
x (6,917’、/ (2600X (1/27
.0) > 1 ・−(6)と書け、(6)式の右辺
は添加した^lがすべて溶融し蒸発がなくM−Mm=M
fとした場合に見込まれる温度上昇である。Mm、Mf
は溶解条件が一定ならば、各溶解でほぼ一定と考えられ
るので、Pが添加したAjl!の蒸発量に比例すると考
えられる。P値はT/、T\と添加時のTから直接求め
られるため、Pと添加AI!、歩留りは第3図に示すよ
うな関係があり、P値から添加元素の歩留りを推定でき
る。
x (6,917’、/ (2600X (1/27
.0) > 1 ・−(6)と書け、(6)式の右辺
は添加した^lがすべて溶融し蒸発がなくM−Mm=M
fとした場合に見込まれる温度上昇である。Mm、Mf
は溶解条件が一定ならば、各溶解でほぼ一定と考えられ
るので、Pが添加したAjl!の蒸発量に比例すると考
えられる。P値はT/、T\と添加時のTから直接求め
られるため、Pと添加AI!、歩留りは第3図に示すよ
うな関係があり、P値から添加元素の歩留りを推定でき
る。
従って、次に溶湯保持中のA!濃度変化が経験的に知ら
れれば、Pから直接出湯組成のコントロールが可能とな
る。
れれば、Pから直接出湯組成のコントロールが可能とな
る。
〈実施例〉
第1図に示したような装置でTi−6Aj!−4V合金
の鋳造実験を行った。電子ビーム出力は100に一1真
空度は2〜6 X 10−’torrで、溶湯量は5〜
7kgであった。
の鋳造実験を行った。電子ビーム出力は100に一1真
空度は2〜6 X 10−’torrで、溶湯量は5〜
7kgであった。
これに100〜300 HのAiを添加して、PとA1
歩留りの関係を示したΦが第3図である。ここでA1歩
留りY(%)はlを添加しない場合の溶湯Al濃度を(
Ajり’、添加A7!量をAl(g)、出湯量をW(g
)、鋳造品の^I!、濃度を(Al2)として Y= (〔^l] −〔A1 ) ’ ) X −
X100f で算出した。
歩留りの関係を示したΦが第3図である。ここでA1歩
留りY(%)はlを添加しない場合の溶湯Al濃度を(
Ajり’、添加A7!量をAl(g)、出湯量をW(g
)、鋳造品の^I!、濃度を(Al2)として Y= (〔^l] −〔A1 ) ’ ) X −
X100f で算出した。
添加Al溶融後の保持時間とAl濃度の関係は、−例と
して170 g添加した場合第4図のようになる。
して170 g添加した場合第4図のようになる。
従って出湯時の溶湯組成はPと第4図のような関係から
容易にコントロールできる。
容易にコントロールできる。
因みにAj!:5.50〜6.75%、V : 3.5
0〜4.50%のASTMスペック適中率は4oチヤー
ジで83%、濃度のばらつきの標準偏差は^1:0.2
%、■二0.05%であり、十分信幀に足るものであっ
た。
0〜4.50%のASTMスペック適中率は4oチヤー
ジで83%、濃度のばらつきの標準偏差は^1:0.2
%、■二0.05%であり、十分信幀に足るものであっ
た。
〈発明の効果〉
本発明により電子ビーム溶解法にょるTi−AN鋳遺品
の成分コントロールが精度よく行えるようになった。ま
たこのことにより、VAR法ではなし得なかった原料形
状の制約を受けず精錬作用を持つ鋳造が可能となった。
の成分コントロールが精度よく行えるようになった。ま
たこのことにより、VAR法ではなし得なかった原料形
状の制約を受けず精錬作用を持つ鋳造が可能となった。
第1図は電子ビーム溶解・鋳造装置の概略図、第2図は
Al添加に伴なう溶湯表面温度の時間変化を示すグラフ
、第3図はP値とAI!歩留りとの関係を示すグラフ、
第4図は溶湯保持時間とAl濃度との関係を示すグラフ
である。 1・・・溶解原料、 2・・・水冷銅るつぼ、3・
・・電子ビーム、 4・・・メルトプール、5・・
・鋳型、 6・・・放射温度計、7・・・光フ
アイバーケーブル、 8・・・電子銃、 9・・・電子ビーム溶解炉
。 第 図 第 2 図 第 図
Al添加に伴なう溶湯表面温度の時間変化を示すグラフ
、第3図はP値とAI!歩留りとの関係を示すグラフ、
第4図は溶湯保持時間とAl濃度との関係を示すグラフ
である。 1・・・溶解原料、 2・・・水冷銅るつぼ、3・
・・電子ビーム、 4・・・メルトプール、5・・
・鋳型、 6・・・放射温度計、7・・・光フ
アイバーケーブル、 8・・・電子銃、 9・・・電子ビーム溶解炉
。 第 図 第 2 図 第 図
Claims (1)
- Tiを主成分とする合金にAlを添加し電子ビームで溶
解して鋳造するに際して、Al添加時の溶湯表面の温度
変化によって添加したAlの蒸発量すなわち添加歩留り
を推定して溶湯中のAl濃度を把握し、次に出湯までの
保持時間を調節することによって出湯成分中のAl濃度
を目標値にコントロールすることを特徴とするTi−A
l合金の電子ビーム溶解・鋳造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP16981490A JPH0459935A (ja) | 1990-06-29 | 1990-06-29 | Ti―Al合金の電子ビーム溶解・鋳造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP16981490A JPH0459935A (ja) | 1990-06-29 | 1990-06-29 | Ti―Al合金の電子ビーム溶解・鋳造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0459935A true JPH0459935A (ja) | 1992-02-26 |
Family
ID=15893398
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP16981490A Pending JPH0459935A (ja) | 1990-06-29 | 1990-06-29 | Ti―Al合金の電子ビーム溶解・鋳造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0459935A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006253367A (ja) * | 2005-03-10 | 2006-09-21 | Rohm Co Ltd | 面実装型固体電解コンデンサとその製造方法 |
JP2009174054A (ja) * | 2007-12-27 | 2009-08-06 | Showa Denko Kk | 金属精製方法及び装置、精製金属、鋳造品、金属製品及び電解コンデンサ |
-
1990
- 1990-06-29 JP JP16981490A patent/JPH0459935A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006253367A (ja) * | 2005-03-10 | 2006-09-21 | Rohm Co Ltd | 面実装型固体電解コンデンサとその製造方法 |
JP2009174054A (ja) * | 2007-12-27 | 2009-08-06 | Showa Denko Kk | 金属精製方法及び装置、精製金属、鋳造品、金属製品及び電解コンデンサ |
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